从封装看功率芯片：碳化硅T2PAK封装的优势

电动汽车(EV)、可再生能源系统和人工智能(AI)数据中心等领域电气化进程的持续提速，正不断给电源系统带来更大压力，对电源系统的效率、小型化及低温运行能力提出了更高要求。这构成了一个长期存在的难题：功率密度的提升与系统尺寸的缩减往往会造成严重的散热瓶颈。

这是当下电源系统设计人员面临的核心挑战，高效的散热管理已成为一大设计难关。全球市场正加速碳化硅(SiC)技术的应用落地，但散热设计却时常成为掣肘SiC性能发挥的因素。传统封装方案往往力不从心，难以满足大功率碳化硅应用的散热需求，迫使设计人员不得不在开关性能与散热效率之间做出权衡。

面对日益严苛的应用需求，新型封装方案提供了更优的热管理能力与运行效率。

电气化挑战

配电板目前普遍超负荷运行，多数情况下已触及散热能力的极限，工程师再也无法将功率开关产生的多余热量传导至这些配电板上。

D2PAK(TO-263-7L)与TO-247-4L这两种MOSFET封装因具备相对出色的散热性能而被广泛熟知，但在紧凑的空间中，二者的短板便暴露无遗：

• TO-247-4L：散热表现可满足基本需求，通过简易的螺丝夹即可与散热片实现连接，形成通畅的散热路径。但在狭小空间内，其引脚、导电线路及周边电容会形成较大的换流回路(即所有寄生电感的总和)，进而可能引发明显的电压过冲、开关速度下降以及开关损耗增加等问题。

• D2PAK：作为表面贴装器件(SMD)，凭借较短的铜质走线，大幅缩小了换流回路面积，可有效缓解杂散电感问题。相比TO-247-4L，D2PAK也能实现更快的开关速度。然而，D2PAK封装只能经由印刷电路板(PCB)散出热量，这就造成了散热片和器件之间的热阻会变得更大。

设计人员亟需一种解决方案，在无需牺牲性能、不必扩大系统体积的前提下，突破上述性能取舍的两难困境。T2PAK封装应运而生。

T2PAK的特别之处

T2PAK封装将安森美(onsemi)先进的碳化硅技术与目前应用最为广泛的顶部散热(TSC)封装形式相结合。它独具匠心的设计可兼顾出色的散热性能与优异的开关性能，不仅兼具TO-247-4L和D2PAK两种封装的优势，还能做到无明显短板。

顶部散热优势

TSC技术可在SMD中实现MOSFET与应用散热片的直接热耦合，使得热量能够脱离配电板，直接传导至系统的散热架构或金属外壳中，从而规避了D2PAK封装需经由PCB散热所面临的散热瓶颈。优势具体如下：

• 出色的散热性能：热量直接传导至散热片，可有效降低器件的工作环境温度。

• 降低热应力：将热量从主板导出，可降低其他元器件承受的热应力，有助于维持PCB处于较低温度，进而延长器件使用寿命并提升系统可靠性。

• 低杂散电感：像NTT2023N065M3S和NVT2023N065M3S这类具备优异开关特性的器件，其总栅极电荷(≈74nC)与输出电容(≈195pF)均处于极低水平，可实现更高的可靠性和更低的损耗。

• 设计灵活性：EliteSiC出色的品质因数(FOM)，与顶部散热型T2PAK封装相结合，能够助力设计人员实现更高效率、更小尺寸的应用方案。

图 1：车规级安森美T2PAK封装EliteSiC M3S系列MOSFET的规格参数

图 2：安森美T2PAK封装EliteSiC M3S系列MOSFET的规格参数

T2PAK产品组合提供丰富的选型方案，其中涵盖了计划推出的12mΩ、16mΩ、23mΩ、32mΩ、45mΩ和60mΩ规格器件，均适配650V和950V电压等级的EliteSiC M3S系列MOSFET。

一般技术特性

• 合规性：符合IEC 60664-1爬电距离标准，即两个导电部件沿绝缘材料表面的最短间距需满足不小于5.6mm的要求。

• 实测散热性能：对于12mΩ规格的器件，其结壳热阻可低至0.35℃/W，散热表现优于D2PAK封装。

• 安装灵活性：可兼容液隙填充剂、导热垫片及陶瓷绝缘片，便于实现散热堆叠结构的优化。

市场影响与应用

2025年全年，T2PAK产品已在欧洲、美洲及大中华区开启全球送样工作。此款封装可充分适配各类高要求的工业及汽车领域应用。

图 3：T2PAK封装SiC MOSFET器件，适配光伏及电动汽车车载充电等应用

电动汽车

在车载充电器(OBC)、传动系统部件及电动汽车充电桩等电车应用场景中，T2PAK往往是需求最为旺盛的封装方案。由于OBC通常可接入车辆的液冷系统，TSC技术能够借助导热界面，将功率开关产生的热量导入液冷系统中。

降低杂散电感可实现更高的功率效率，因为消除换流回路问题能有效减少开关损耗。再结合对IEC爬电距离标准的严格遵守，可进一步巩固制造商对客户的安全保障承诺。

工业与能源基础设施

凭借优异的散热效率，TSC封装正迅速在太阳能系统中站稳脚跟。实践表明，T2PAK封装可适配光伏电能变换、储能系统(ESS)等先进新型基础设施应用场景的需求。

超大规模AI数据中心

数据中心依赖机架式AC-DC和DC-DC电源及配电单元运行，整个超大规模架构的设计均围绕这类电源单元的便捷取用与更换展开。随着液冷技术在数据中心中逐渐蔚然成风，T2PAK原生的顶部散热设计可与冷板方案实现良好兼容。在这种方案下，冷却液可在紧邻高热芯片导热界面的流道内自由循环，将高性能处理器产生的热量及时导出。据近期一项研究显示，冷板方案结合浸没式冷却技术，可助力数据中心减少多达五分之一的温室气体排放。

通过攻克散热难题，T2PAK能帮助设计人员实现更高性能、更强可靠性并简化热管理。相较于传统分立器件封装，采用T2PAK可使客户达成更高的功率密度。

T2PAK也适用于以下场景：

• 面向汽车及工业领域的高压DC-DC转换器。

• 面向自动化与机器人领域的工业开关电源(SMPS)。

• 工业驱动器及高效DC-DC转换器。

全球应用与未来展望

随着电源系统不断演进，未来的设计方案将愈发依赖顶部散热技术，以满足严苛的效率与尺寸指标。安森美已蓄势待发，通过将旗下先进的碳化硅技术与T2PAK封装相结合，精准把握行业发展契机。

结论

在电气化重塑各行业格局的大背景下，安森美推出的EliteSiC T2PAK封装正重新定义高效功率转换的边界。采用T2PAK TSC封装的EliteSiC MOSFET，不仅是封装技术领域的一次重大突破，更成为推动电气化进程的关键战略支撑。T2PAK能够在无需进行常规性能取舍的前提下，实现出色的散热表现、高可靠性与灵活的设计特性，从而攻克了全球各行业面临的空间与散热限制难题。目前，安森美T2PAK已面向广阔市场开放供应，确保这一核心技术能够被广泛应用。